Филатов А.А. Обслуживание электрических подстанций оперативным персоналом

Подождите немного. Документ загружается.

же оси абсцисс так, что среднее значение мощности р за лю-

бой интервал времени, кратный полупериоду частоты равно

нулю (рис. 2.2, б).

Количество магнитной энергии, периодически запасае-

мой индуктивностью, связано с характером изменения сину-

соидального тока. Она то накапливается в индуктивности до

некоторого максимального значения, то убывает до нуля. За

один период переменного тока магнитная энергия дважды по-

ступает от генератора в цепь и дважды он получает ее обрат-

но, т. е. реактивная мощность является энергией, которой об-

мениваются генератор и потребитель. Она не имеет никакого

физического эквивалента для перевода в другие виды энергии.

Физический смысл реактивной мощности сводится лишь к

скорости изменения энергии магнитного поля, что необходи-

мо, например, и при передаче энергии из одной обмотки

трансформатора в другую, и при работе электродвигателя с

механической нагрузкой на валу, где энергия статора электро-

двигателя передается ротору также с помощью переменного

магнитного поля.

Для получения реактивной мощности не требуется непо-

средственных затрат первичной энергии (топливо на электро-

станциях не расходуется). Однако при обмене энергией между

генератором и потребителем и обратно в обмотках генератора

и в сети возникают дополнительные потери активной мощно-

сти, требующие затрат первичной энергии. Так, например, по-

тери в линии при передаче реактивной мощности в простей-

шей цели однофазного синусоидального тока составят

ΔР

=(Isin(

)

R, где R - активное сопротивление линии.

Таким образом, передача реактивной мощности к месту

ее потребления сопряжена с активными потерями во всех

звеньях передачи, которые должны покрываться активной

энергией генераторов. Поэтому возникает проблема воз-

ного снижения этих потерь.

В теории переменных токов рассматривают два вида

реактивной мощности: реактивную мощность при отстаю-

щем от напряжения векторе полного тока генератора и реак-

тивную мощность при векторе полного тока, опережающем

вектор напряжения. Считают, что эти два вида реактивной

мощности противоположны по направлению (по знаку) и

при их совместном рассмотрении они компенсируют ("унич-

тожают") друг друга, при этом сеть разгружается от реак-

тивной мощности. В нагрузке электрических систем от-

стающая (индуктивная) составляющая реактивной

мощности, как правило, преобладает над опережающей

( емкостной) составляющей реактивной мощности. По-

этому от генераторов электростанций требуют генерирова-

ния активной мощности и реактивной отстающей мощности,

именно той реактивной мощности, которая требуется на-

грузке. Дня этого генераторы рассчитывают на работу с ко-

эффициентом мощности cos<1, что позволяет им выдавать в

сеть значительную реактивную мощность и обеспечивать ее регу-

лирование.

Получение реактивной мощности связано исключительно с

уровнем возбуждения синхронной машины. Увеличение тока воз-

буждения приводит к увеличению генерирования реактивной мощ-

ности (при этом топливо дополнительно не расходуется). Сниже-

ние тока возбуждения приводит к противоположному результату.

Помимо синхронных генераторов источниками генерирова-

ния реактивной мощности в электрических системах являются ем-

костные их элементы - статические конденсаторы, линии электро-

передачи (особенно линии электропередачи высших классов на-

пряжения), относительно перевозбужденные синхронные двигате-

ли, синхронные компенсаторы и т. д., работающие параллельно с

генераторами электростанций.

Рис. 2. 2. Графики мгновенных значений мощности р=ui при и и i, совпадающих по фазе (а) и сдвинутых по фазе на 90°(б): заштри-

хованная площадь, ограниченная кривой мощности и осью абсцисс, соответствует энергии,

поступающей в цепь (отмечено знаком +) и возвращаемой источнику (отмечено знаком -)

2.2

Назначение и режимы работы

синхронных компенсаторов

Передача реактивной мощности потребителям от генера-

торов электростанций сопряжена с потерями энергии в линиях

электропередачи, трансформаторах и распределительных се-

тях. Поэтому считается выгодным снижение реактивной мощ-

ности, получаемой от электростанций, и выработка ее вблизи

потребителей. Это позволяет уменьшить потери энергии и на-

пряжения в сетях, увеличить пропускную способность линий

электропередачи и одновременно повысить уровни напряже-

ний на шинах приемных подстанций. Таким образом, син-

хронные компенсаторы являются экономичным регулируе-

мым источником реактивной мощности в электрических

системах.

Важное значение имеет установка синхронных компен-

саторов на подстанциях линий дальних электропередач

сверхвысоких напряжений. При изменениях нагрузок (по

значению и направлению), передаваемых по этим линиям, с

помощью синхронных компенсаторов регулируют напряже-

ние на шинах приемной и промежуточных подстанций, ком-

пенсируют потоки реактивной мощности по линиям и обес-

печивают существенное повышение их пропускной способ-

ности; они поддерживают также электродинамическую

стойкость работы электростанций при КЗ.

Синхронный компенсатор представляет собой нена-

груженный синхронный электродвигатель с широким диапа-

зоном регулирования тока возбуждения.

При токе возбуждения, равном току холостого хода, он

потребляет из сети небольшую активную мощность, опреде-

ляемую потерями в синхронном компенсаторе. Если ток

буждения уменьшать (режим недовозбуждения), то в токе, по-

требляемом синхронным компенсатором от сборных шин

подстанции, появится и будет увеличиваться индуктивная со-

ставляющая, что соответствует потреблению из сети реактив-

ной мощности, при этом возрастают потери в сети. В режиме

перевозбуждения ток возбуждения превышает ток холостого

хода, синхронный компенсатор потребляет из сети опере-

жающий ток, что соответствует выдаче реактивной мощности.

Таким образом, но отношению к сети синхронный компенса-

тор ведет себя в зависимости от значения тока возбуждения

как индуктивность или емкость, выполняя соответственно

роль потребителя или источника реактивной мощности.

Рис. 2.3. Семейство V-образных нагрузочных характеристик син-

хронного компенсатора

На рис. 2.3 показана зависимость силы тока статора син-

хронного компенсатора от силы тока ротора для )I(fI

PСТ

различных постоянных значений напряжения на его выводах.

Правые ветви нагрузочных характеристик соответствуют ра-

боте синхронного компенсатора в емкостном квадранте,

левые - в индуктивном. В реальных условиях с увеличе-

нием тока ротора напряжение на выводах статора не остается

постоянным, а увеличивается. Поэтому ветви эксплуатацион-

ной нагрузочной характеристики не совпадают с V-образными

характеристиками для постоянных значений напряжения, а

идут более полого, как это показано на том же рисунке жир-

ной линией.

Рассмотрим влияние регулируемой реактивной мощно-

сти синхронного компенсатора на уровень напряжения на ши-

нах подстанции и потери мощности в сети.

Зависимость напряжения на выводах статорной обмотки,

а следовательно, и на сборных шинах подстанций от нагрузки

синхронного компенсатора можно пояснить при помощи век-

торной диаграммы (рис. 2.4, б). Примем за исходные парамет-

ры схемы напряжение на шинах НН подстанции U

и суммар-

ный ток нагрузки I

. При разгруженном синхронном компен-

саторе СК (режим холостого хода) ток нагрузки I

равен току в

трансформаторе I

. Если теперь нагрузить синхронный ком-

пенсатор и к току I

прибавить его реактивный ток Iс в емко-

стном квадранте или I

в индуктивном, то результирующий

ток в трансформаторе станет соответственно равным I'

или

. Таким образом, в результате регулирования тока синхрон-

ного компенсатора изменяются значение и фаза тока в транс-

форматоре. Наименьшим ток в трансформаторе I'''

будет

при полной компенсации угла сдвига фаз (cos

=1). В этом

случае потери в сети активной и реактивной мощности

(пропорциональные квадрату тока) будут минимальными.

Рис. 2.4. Изменение напряжения на шинах подстанции регули-

рованием тока возбуждения синхронного компенсатора при

неизменной нагрузке потребителей:

а - схема подстанции; б- векторная диаграмма

Рис. 2.5. Поддержание неизменного уровня напряжения на ши-

нах подстанции при изменении тока нагрузки потребителей

Из векторной диаграммы видно, что при изменении то-

ка в трансформаторе изменяются значение и фаза вектора

падения напряжения в индуктивности трансформатора

от

значения

до

U''

. При неизменном напряжении U

со

стороны системы это приводит к изменению вторичного на-

пряжения U

от значения U'

до U"

, равному напряжению на

выводах синхронного компенсатора. Фаза вторичного напря-

жения при этом не изменяется.

2.3

Регулирование напряжения и системы возбуждения

Установленный режим работы синхронного компенса-

тора (кривая U=U

HOM

на рис. 2.3) может самопроизвольно

изменяться в результате изменения по тем или иным причи-

нам внешнего напряжения, а также при КЗ в сети. В послед-

нем случае необходима автоматическая форсировка возбуж-

дения, чтобы поддержать устойчивость параллельной рабо-

ты электростанций и уменьшить колебания напряжения у

потребителей. В нормальных условиях работы регулирова-

ние возбуждения синхронного компенсатора производится

автоматически, однако возможно и ручное регулирование.

Регулирование тока синхронного компенсатора в основ-

ном производится в целях поддержания напряжения на сбор-

ных шинах НН. На рис. 2.5 показано, как при увеличении тока

нагрузки потребителей от I

до I'

удастся сохранять постоян-

ным по значению напряжение U

, загружая синхронный ком-

пенсатор реактивным емкостным током I

СК

. Из векторной

диаграммы видно также, что при

'UU = фаза вторичного

напряжения изменяется от значения

 до

Рис. 2.6. Принципиальная схема машинного возбуждения синхронного компенсатора мощностью 50 MB·A:

1 - трансформаторы тока; 2 - установочный реостат компаундирования; 3 - трансформатор напряжения; 4 - установочный автотрансформа-

тор корректора напряжения; 5 - устройство компаундирования; 6 - статор компенсатора; 7 - обмотка ротора компенсатора; 8 - электродви-

гатель; 9 - корректор напряжения; 10 - контактор пуска; 11 - пусковой резистор; 12 - автомат гашения поля (АГП); 13 - дугогасительная

решетка; 14 - резисторы, шунтирующие дугогасительную решетку; 15 - дугогасительные контакты; 16 - рабочие контакты; 17 - возбуди-

тель; 18 - дополнительная обмотка возбуждения возбудителя; 19 - основная обмотка возбуждения возбудителя; 20 - шунтовой реостат воз-

будителя; 21 - контакт релейной форсировки возбуждения; 22 - подвозбудитель; 23 - шунтовой реостат подвозбудтеля; 24 - обмотка воз-

буждения подвозбудителя

Рис. 2.7. Принципиальная схема тиристорного возбуждения синхронного компенсатора 100 MB·А:

1 - синхронный компенсатор; 2, 3, 4 - выключатели; 5 - выпрямительный трансформатор; 6 - трансформатор собственных нужд; 7 - тири-

сторный преобразователь; 8 — вспомогательное устройство измерения (ВУИ); 9 - переключатель полярности возбуждения; 10 - селеновый

ограничитель перенапряжений обмотки ротора; 11 - АГП; 12 - селеновый ограничитель перенапряжений тиристорного преобразователя; 13

- вспомогательные контакты переключателя полярности возбуждения; 14 система управления тиристорами

В недалеком прошлом для синхронных компенсаторов

мощностью до 75 МВ·А применялось электромашинное, а

для синхронных компенсаторов большей мощности - ионное

возбуждение. В настоящее время вместо ионного возбужде-

ния внедрена более надежная тиристорная система возбуж-

дения. Широкое применение нашла система бесщеточного

возбуждения.

Электромашинная система возбуждения синхронного

компенсатора мощностью 50 MB·А приведена на рис. 2.6.

Возбудительный агрегат состоит из возбудителя постоянного

тока 17, привода - асинхронного электродвигателя 8, подвоз-

будителя постоянного тока 22 с самовозбуждением.

В схеме автоматического регулирования напряжения

имеется устройство компаундирования УК, состоящее из

промежуточного трансформатора и выпрямителей. Выпрям-

ленный ток на выходе УК изменяется пропорционально току

статора.

Допустим, что напряжение в сети внезапно изменилось

до 0,9 U

НОM

(см. рис. 2.3). Точка режима работы синхронного

компенсатора Л переместится по вертикальной прямой в точ-

ку Б. При постоянном токе ротора I

' это приведет к увеличе-

нию тока статора до значения I

ст

. На выходе УК возрастает

ток, посылаемый им в обмотку возбуждения возбудителя,

при этом ток в роторе увеличится с I

' до I

и частично вос-

становится напряжение на шинах (точка В). Но УК не обес-

печивает точного поддержания напряжения на шинах под-

станции в соответствии с заданным графиком. Поэтому од-

новременно с регулированием по току статора применяется

еще регулирование по напряжению на выводах статора. Оно

выполняется корректором напряжения КН, вступающим в

работу с некоторым запозданием, вносимым магнитным уси-

лителем устройства. Корректор напряжения увеличивает воз-

буждение синхронного компенсатора, изменяя ток в допол-

нительных обмотках возбудителя. В результате действия КН

точка режима работы переместится в точку Г, лежащую на

заданной характеристике U=U

ном

. Ручное регулирование на-

грузки синхронного компенсатора производится шунтовым

реостатом 23 при отключенном КН, если КН включен его ус-

тановочным автотрансформатором 4.

При КЗ, когда напряжение в сети резко снижается (до

0,85U

НOM

и ниже), вступает в действие релейная форсировка

возбуждения. При ее срабатывании контакт 21 закорачивает

шунтовой реостат в цепи возбуждения возбудителя, В ре-

зультате ток ротора увеличивается до максимального и воз-

буждение синхронного компенсатора достигает предельного

значения.

Персоналу запрещается вмешиваться в работу автома-

тического устройства возбуждения, если время форсировки

не превышает допустимое. После отключения КЗ или истече-

ния установленного времени форсировки синхронный ком-

пенсатор должен автоматически разгружаться и переводиться

в номинальный режим работы.

Гашение поля. Энергия магнитного ноля синхронного

компенсатора при отключении его от сети превращается в

электрическую энергию. Переходный процесс может привес-

ти к появлению опасных для изоляции обмотки ротора и кон-

тактных колец перенапряжений. Если отключение синхрон-

ного компенсатора вызвано к тому же повреждением внутри

машины, то ток в обмотке возбуждения будет длительно ин-

дуктировать в статорной обмотке ЭДС, что приведет к устой-

чивому горению дуги и увеличению степени повреждения.

Поэтому при внутренних КЗ необходимо не только от-

ключение синхронного компенсатора от сети, но и по воз-

можности плавное гашение магнитного поля возбуждения.

Отключение обмотки ротора синхронного компенсатора

от возбудителя и одновременное гашение магнитного поля

выполняются быстродействующим автоматом гашения поля

(АГП). Автомат гашения поля 12 (рис. 2.6) состоит из дугога-

сительной решетки 13, шунтирующего резистора 14 и двух

пар контактов 15 и 16. При отключении АГП сначала размы-

каются рабочие 16, а затем дугогасительные контакты 15.

Электрическая дуга, возникающая между дугогасительными

контактами, под действием магнитного ноля тока втягивается

в дугогасительную решетку, состоящую из набора металли-

ческих пластин. Решетка разбивает дугу на ряд коротких дуг,

горение которых рассеивает энергию магнитного поля рото-

ра. С уменьшением запаса магнитной энергии дуги гаснут,

при этом сопротивление шунтирующего резистора 14 обес-

печивает плавное снижение тока в цепи ротора до ну-

ля. (Внезапные обрывы тока сопровождаются перенапряже-

ниями в цепи возбуждения). Надежное гашение дуги АГП с

дугогасительной решеткой обеспечивается в том случае, если

ток холостого хода компенсатора не менее 200А. При мень-

шем значении тока дуга между пластинами АГП горит не-

устойчиво и возможен обрыв цепи тока.

Тиристорная реверсивная система возбуждения. На

рис. 2.7 показана принципиальная схема тири-

сторного возбуждения синхронного компенсатора мощ-

ностью 100 МВ·А. Тиристоры 7 типа ТЛ-250, соединенные

по трехфазной мостиковой схеме, питаются от выпрямитель-

ного трансформатора 5 напряжением 11/0,63 кВ и управля-

ются от АРВ. Выпрямленное напряжение подводится к об-

мотке возбуждения ротора через переключатели полярности

возбуждения 9. Переключатели полярности (четыре выклю-

чателя типа ВЛБ-43) изменяют направление тока в обмотке

возбуждения в системе реверсивного регулирования. Для за-

щиты обмотки ротора и тиристоров от перенапряжений при-

менены ограничители перенапряжений 10 и 12, собранные из

двух групп, встречно включенных полупроводниковых эле-

ментов. Регулирование возбуждения синхронного компенса-

тора выполняется АРВ, воздействующим на управляющие

электроды тиристоров. Питание АРВ и системы сеточного

управления тиристорами 14 осуществляется от трансформа-

тора собственных нужд 6.

Исправность тиристоров контролируется с помощью не-

оновых ламп, включенных параллельно каждому тиристору.

В случае пробоя тиристора его лампа перестает светиться, а

остальные лампы на последовательно включенных тиристо-

рах горят ярче.

Измерение выпрямленного тока возбуждения осуществ-

ляется с помощью амперметра, включенного на шунт. Изме-

рение тока возбуждения ротора для АРВ производится с по-

мощью трансформатора постоянного тока и вспомогательно-

го устройства измерения ВУИ.

Тиристоры охлаждаются циркулирующей по замкнуто-

му контуру дистиллированной водой, которая в свою очередь

охлаждается технической водой в теплообменнике. Дистил-

лят для охлаждения поступает из бака, уровень воды в кото-

ром контролируется специальным реле. Пополнение бака во-

дой обеспечивается автоматически от дистилляторной уста-

новки.

Колебания температуры охлаждающей воды на входе в

преобразователь допускаются в пределах 5-40°С.

Нижний предел температуры установлен по

условию предотвращения конденсации влаги на ох-

ладителях тиристоров и связанного с этим понижения уровня

изоляции. Превышение верхнего предела грозит вы-

ходом из строя тиристоров. Поддержание температуры воды

осуществляется автоматически с помощью регулятора тем-

пературы типа РТ-40 или вручную с помощью обходного

вентиля.

Управление возбуждением. При пуске синхронного

компенсатора напряжение на трансформатор, преобразова-

тель и систему управления тиристорами подается одновре-

менно с включением пускового выключателя. Управляющие

импульсы на тиристоры подаются после включения рабочего

выключателя. В момент включения рабочего выключателя

ток возбуждения равен нулю, что соответствует уставке сме-

щения СУТ. Устройство АРВ включается лишь после авто-

матической подстройки его уставки к напряжению на шинах

синхронного компенсатора, т.е. через несколько секунд после

включения рабочего выключателя. Дальнейшее регулирова-

ние возбуждения осуществляется оперативным персоналом

воздействием на уставку АРВ. При неисправности АРВ регу-

лирование возбуждения производится при помощи блока

ручного управления. При возникновении какого-либо нару-

шения в работе тиристорного возбудителя выпадает соответ-

ствующий блинкер на панели управления возбудителем и

срабатывает выходное реле сигнализации, контакты которого

блокируют пуск синхронного компенсатора.

Гашение поля ротора в случае аварийного отключения

синхронного компенсатора производится АГП с одновремен-

ным переводом тиристоров в инверторный режим (режим

преобразования постоянного тока в переменный).

Система бесщеточного возбуждения. Преимущество

этой системы состоит в том, что в ее конструкции отсутству-

ет щеточно-контактный узел для подвода тока к обмотке ро-

тора, что позволило повысить надежность системы возбуж-

дения.

Система бесщеточного возбуждения может быть:

положительной, обеспечивающей регулирование

нагрузки синхронного компенсатора в емкостном режиме;

реверсивной - для регулирования нагрузки синхрон-

ного компенсатора в емкостном и индуктивном режимах.

Положительное бесщеточное возбуждение применяется

в том случае, когда не требуется автоматического регулиро-

вания в режиме индуктивной нагрузки. Однако при малых

нагрузках в электрических системах (например, в ночные ча-

сы, нерабочие дни) возникает необходимость автоматическо-

го регулирования режима работы синхронного компенсатора

в режиме индуктивной нагрузки. В этом случае применяется

система реверсивного регулирования, в состав которой вхо-

дят бесщеточные возбудители как для положительного, так и

для отрицательного возбуждения. По конструкции возбуди-

тели отрицательного возбуждения во многом аналогичны

возбудителям положительного возбуждения, отличаются от

последних главным образом меньшей мощностью и компо-

новкой.

Принципиальная схема бесщеточного положительного

возбуждения синхронного компенсатора приведена на рис.2.8.

Возбудитель состоит из обращенного трехфазного син-

хронного генератора 10 и вращающегося вместе с ротором вы-

прямителя 12. Генератор имеет неподвижную обмотку воз-

буждения возбудителя, прикрепленную к торцевому щиту ком-

пенсатора, и вращающийся трехфазный якорь, закрепленный

на валу компенсатора. Обмотка якоря соединена с вращающимся

выпрямителем 12. Для выпрямителя применяются кремниевые

диоды типа В2-500-20. Их размещают на стальных кольцах, изо-

лированных друг от друга и от вала. Выпрямитель собирают по

мостовой схеме. Выпрямленный ток от вращающегося выпрями-

теля подается к обмотке ротора 13 через токопровод, располо-

женный внутри вала ротора. Защитный пусковой резистор 14, со-

противление которого в 15 раз превышает активное сопротивле-

ние обмотки возбуждения, подключен параллельно этой обмот-

ке. Он защищает обмотку ротора от перенапряжений при асин-

хронном пуске, переходных режимах, а также обеспечивает га-

шение ноля ротора. При бесщеточном возбуждении АГП в схеме

не применяется.

Рис. 2.8. Принципиальная схема бесщеточного положительного возбуждения синхронного компенсатора 50 МВ·А:

1 - статор синхронного компенсатора; 2 - трансформатор собственных нужд; 3 - питание щита собственных нужд 0, 4 кВ; 4 - трансформа-

тор напряжения; 5 - автоматический выключатель измерительной цепи напряжения АРВ; 6 - автоматический выключатель питания систе-

мы управления; 7 - автоматический выключатель силового питания; 8 - трансформатор питания ТСП; 9 - автоматический регулятор возбу-

ждения (АРВ); 10 - трехфазный обращенный синхронный генератор ОГС; 11 - измерительная катушка; 12 - вращающийся выпрямитель с

вентилями ВКС; 13 - обмотка ротора; 14 - защитный пусковой резистор; 15 -токосъемное устройство с электромагнитным приводом

Для контроля сопротивления изоляции цепи возбужде-

ния установлено специальное токосъемное устройство 15 с

электромагнитным приводом. При контроле сопротивления

изоляции на вентильное кольцо опускают две щетки и произ-

водят измерение напряжения полюсов постоянного тока от-

носительно земли. Возбуждение компенсатора регулируется

при помощи АРВ 9. В шкафах АРВ размещены тиристорный

преобразователь, электронная система управления ЭСУ, а

также устройства защиты и магнитные усилители. Напряже-

ние возбуждения возбудителя регулируется измерением фазы

импульсов, отпирающих тиристоры, относительно анодного

напряжения. Фаза управляющих импульсов может изменять-

ся автоматически и вручную. Основной режим регулирова-

ния автоматический. К ручному управлению прибегают в

случае неисправности АРВ.

Защита бесщеточного возбуждения от КЗ осуществляет-

ся устройством защиты БЩВ, на вход которого подается на-

пряжение от измерительной катушки 11, расположенной ме-

жду полюсами магнитной системы обращенного синхронно-

го генератора 10, и от измерительного преобразователя тока

тиристорного преобразователя. При повреждении вентилей в

измерительной катушке резко возрастает ЭДС и устройство

зашиты подает команду на отключение возбудителя.

Охлаждаются возбудители водородом по замкнутому

циклу через газоохладители.

2.4

Система охлаждения

В работающем синхронном компенсаторе выделяется

теплота, обусловленная нагревом обмоток статора и ротора

электрическим током, электромагнитными потерями в стали,

потерями на вентиляцию и трение. Нормальная работа син-

хронного компенсатора возможна при отводе тепла охлаж-

дающей средой - воздухом или водородом.

Применяемая в синхронных компенсаторах система ох-

лаждения называется косвенной (или поверхностной), пото-

му что тепло передается охлаждающему газу внешней по-

верхностью активных частей машины.

По сравнению с воздухом водородное охлаждение обладает

рядом преимуществ, обусловленных особыми свойствами водо-

рода: теплопроводность водорода в 7 раз превышает теплопро-

водность воздуха; он легче воздуха в 14,3 раза, что способству-

ет уменьшению вентиляционных потерь почти в 10 раз. Кроме

того, в окружении водорода изоляция обмоток работает луч-

ше. На нее не оказывает влияния кислород (озон). Уменьша-

ется опасность развития пожара в машине, так как водород не

поддерживает горения. Вместе с тем водородное охлаждение

сложнее в обслуживании, чем воздушное. Водород в смеси с

воздухом образует взрывоопасную смесь, поэтому машины с

водородным охлаждением должны быть газоплотными. В

них постоянно должно поддерживаться избыточное давление

водорода, чтобы воздух не попал в корпус машины. Опти-

мальным для отечественных компенсаторов средней мощно-

сти принято рабочее давление водорода 0,1 МПа

. С умень-

шением давления мощность синхронного компенсатора пада-

ет. Если водород в системе охлаждения заменить воздухом,

то допустимая нагрузка синхронного компенсатора ограни-

чится 60-70% его номинальной мощности.

1 ат = 1 кгс/см

= 100 кПа = 0,1 МПа.

Синхронные компенсаторы серии КСВ имеют замкну-

тую систему вентиляции. У синхронных компенсаторов на-

ружной установки газоохладители размещаются вертикально

внутри корпуса вблизи торцевых щитов. Они состоят из

стальных трубных досок, между которыми проходят латун-

ные трубки. Внутри трубок циркулирует вода, снаружи - ох-

лаждаемый водой газ. Перемещение газа в машине обеспечи-

вается двумя вентиляторами, расположенными по торцам ро-

тора. Вентиляторы прогоняют охлаждающий газ по замкну-

тому пути: зона торцевых щитов - радиальные вентиляцион-

ные каналы в стали статора и лобовые части обмоток статора

камера горячего воздуха - газоохладители. Ротор охлаждает-

ся газом, проходящим по радиальным каналам остова, под

действием эффекта самовентиляции. Из камеры контактных

колец охлаждающий газ возвращается в корпус синхронного

компенсатора через маслогазовый фильтр, очищающий газ от

угольной пыли.

Газоснабжение. На рис. 2.9 представлена принципиаль-

ная схема газоснабжения синхронного компенсатора 50

MB·А.

В процессе эксплуатации возникает необходимость пе-

ревода синхронного компенсатора с воздушного охлаждения

на водородное и обратно. Для предотвращения образования

взрывоопасной смеси эта операция проводится с предвари-

тельным вытеснением из корпуса воздуха (или водорода) ди-

оксидом углерода.

Рассмотрим процесс вытеснения воздуха диоксидом

углерода. Подача диоксида углерода производится через

нижний коллектор компенсатора и через нижний газопровод

камеры контактных колец. Воздух как более легкий газ уда-

ляется из верхних точек этих объемов. Баллоны с диоксидом

углерода 23 подсоединяют к коллектору 21 без редукторов.

Одновременно разряжают несколько баллонов.

Рис. 2.9. Принципиальная схема газоснабжения синхронного компенсатора 50 MB·А:

1 - панель контроля и сигнализации; 2 - манометр; 3 - электроконтактный манометр; 4 - дифференциальный манометр; 5 - электрический

газоанализатор; 6 - блок регулирования и фильтрации газоанализатора; 7 - синхронный компенсатор; 8, 10, 12 - вентили на выпуске газа в

атмосферу; 9 - огнепреграждающее устройство; 11 - фильтр; 13 - указатель жидкости (УЖИ); 14 - осушитель газа; 15 - гибкий шланг; 16 -

механический регулятор давления; 17 - газопровод сжатого воздуха из ресивера; 18 - газопровод водорода из центрального водородного

хозяйства; 19 - коллектор водорода газового поста; 20 - баллоны с водородом; 21 - коллектор диоксида углерода газового поста; 22 - газо-

провод диоксида углерода из ресивера; 23 - баллоны с диоксидом углерода; 24 - предохранительный клапан; 25 - газовый пост. Положение

вентилей и кранов соответствует нормальной работе с водородным охлаждением. Изображения закрытых вентилей и кранов зачернены

В процессе разрядки баллонов вентили на них и на кол-

лекторе могут замерзнуть. Происходит это по той причине,

что расширение диоксида углерода при переходе его из жид-

кого состояния в газообразное связано с поглощением тепло-

ты. Если скорость истечения диоксида углерода значительна

(более 3 кг/ч), подводимой снаружи теплоты оказывается не-

достаточно и диоксид углерода замерзает не только в арма-

туре, но и в баллонах. Поэтому вентили на баллонах и общий

вентиль на коллекторе следует периодически закрывать и от-

крывать. Замерзшие баллоны отсоединяют от рампы и поме-

шают в более теплое помещение или подогревают до полного

размораживания. После этого баллоны вновь используют.

Более эффективным способом опорожнения баллонов с диок-

сидом углерода является установка их в опрокинутом поло-

жении. В этом случае диоксид углерода, находясь в жидком

состоянии, выливается из баллонов. Чтобы избежать ее за-

мерзания при дросселировании вентилем, вентиль подогре-

вают электронагревательными элементами.

Контроль за сменой воздуха производится путем

химического анализа вытесняемого воздуха. Вытеснение

воздуха считается законченным, если содержание диоксида

углерода в смеси составит не менее 85%. После этого закры-

вают вентиль 8 выпуска из корпуса и все вентили коллектора.

Замена газовой среды возможна как на работающем

синхронном компенсаторе, так и на остановленном.

Вытеснение диоксида углерода водородом. Перед вы-

теснением диоксида углерода продувают все импульсные

трубки кратковременным открытием их вентилей. Водород

подают в верхний коллектор синхронного компенсатора, ди-

оксид углерода удаляется через нижний. Заполнение син-

хронного компенсатора водородом производится при избы-

точном давлении 10-20 кПа. Давление регулируют открыти-

ем вентиля 12, через который диоксид углерода вытесняется

в атмосферу. Заполнение компенсатора водородом считается

законченным, когда химический анализ газа покажет, что в

нем содержится 95-96% водорода и менее 1,2% кислорода.

Повышение давления водорода в синхронном компенсаторе

до рабочего производится лишь после окончательного вытес-

нения диоксида углерода, после закрытия выходного вентиля

12.

Контроль за вытеснением диоксида углерода на рабо-

тающем синхронном компенсаторе ведется по дифференци-

альному манометру 4, электрический газоанализатор 5 дол-

жен быть отключен. Включение его производится в случае

особой необходимости при чистоте водорода не ниже 90 %.

Тогда же отбирается и первая проба газа для химического

анализа.

Перевод синхронного компенсатора с водородного на

воздушное охлаждение. Перед началом операции нагрузка

синхронного компенсатора снижается до значения, допусти-

мого при работе с воздушным охлаждением, т. е. до 60-70 %

его номинальной мощности.

Порядок операций по вытеснению водорода диоксидом

углерода такой же, как и при вытеснении воздуха диоксидом

углерода. В корпусе синхронного компенсатора поддержива-

ется давление 10-20 кПа. Вытеснение водорода диоксидом

углерода заканчивается при содержании диоксида углерода в

смеси, взятой из отборника на водородном коллекторе, не

менее 95 % при остановленном синхронном компенсаторе и

не менее 85% на работающем.

Необходимо знать, что водород из синхронного компен-

сатора должен выпускаться в атмосферу только через ог-

непреграждающее устройство.

Следующей операцией является вытеснение из корпуса

синхронного компенсатора диоксида углерода воздухом, по-

даваемым, как правило, из ресивера по газопроводу 17 через

редуктор. Воздух подается до тех пор, пока диоксид углерода

не удалится из компенсатора полностью. Полным удалением

диоксида углерода считается содержание его в пробе не бо-

лее 1%.

Подготовка камеры контактных колец для работ

внутри камеры. Все работы в камере контактных колец (чи-

стка, осмотр, замена щеток и пр.) выполняются только при

отключенном от сети синхронном компенсаторе и останов-

ленном роторе. Дня последующего вскрытия камеры не обя-

зательно вытеснение водорода из корпуса синхронного ком-

пенсатора. Достаточно перекрыть вентиль газопроводов, со-

единяющих камеру с корпусом, и отделить камеру от осталь-

ного объема электромагнитным или механическим уплот-

няющим устройством. После этого в камеру подается из бал-

лона диоксид углерода. Практически время заполнения каме-

ры диоксидом углерода не превышает 10-15 мин.

Для вытеснения диоксида углерода воздух в камеру по-

дастся через верхний вентиль, а диоксид углерода выходит в

атмосферу через нижний продувочный вентиль 10.

По окончании ремонта люк камеры закрывают, и воздух

из нее сразу вытесняют диоксидом углерода. После этого ди-

оксид углерода вытесняется водородом. Продувка камеры

продолжается до тех пор, пока содержание водорода в ней

станет таким же, как и в корпусе. Затем объемы камеры и

корпуса соединяют открытием уплотнений и вентилей.

Контроль давления и чистоты водорода в синхрон-

ном компенсаторе. Во время эксплуатации синхронного

компенсатора с водородным охлаждением должны контроли-

роваться давление и чистота водорода, находящегося в кор-

пусе машины. Давление водорода в синхронном компенсато-

ре поддерживается автоматически механическим регулято-

ром давления (например, типа РДВ) или вручную, если утеч-

ка водорода невелика. Практически отклонение давления во-

дорода от номинального значения допускается не более чем

на 10 кПа для синхронных компенсаторов, работающих при

избыточном давлении 50 кПа и выше, и не более чем на 1

кПа для синхронных компенсаторов с избыточным давлени-

ем 5 кПа.

При хорошей газоплотности корпуса суточная утечка

водорода не превышает 2% общего объема газа в синхронном

компенсаторе. Контроль за давлением водорода ведется по

манометру.

Чистота водорода в синхронном компенсаторе при ра-

бочем давлении до 50 кПа должна быть не ниже 95%. а при

давлении 50 кПа и выше не ниже 97%. Снижение лих показа-

телей повышает вероятность образования взрывоопасных

смесей газов, а также приводит к дополнительному нагреву

активных частой машины в среднем на 1°С на каждые 1,5%

понижения чистоты водорода.

На работающем синхронном компенсаторе автоматиче-

ский контроль чистоты водорода производится электриче-

ским газоанализатором типа ТП-1120, а также используется

дифференциальный манометр.

Помимо автоматического контроля чистоты водорода

производится контрольный химический анализ газа на аппа-

рате типа ВТИ-2. Показания электрического газоанализатора

сверяются с результатами химического анализа. Отметим и

то обстоятельство, что водород в синхронном компенсаторе

должен быть сухим, с относительной влажностью не более

85% при рабочем давлении и любой температуре холодного

газа. Наличие влажного водорода вызывает конденсацию

влаги внутри синхронного компенсатора, снижает сопротив-

ление изоляции обмоток, способствует повышенной корро-

зии стальных конструкций. Влажность водорода контролиру-

ется по психрометру не реже 1 раза в неделю. Если влаж-

ность водорода повышается, замеры влажности производятся

ежедневно. Кроме того, проверяется отсутствие влаги в ука-

зателе уровня жидкости УЖИ и у дренажных вентилей газо-

вой системы. Причиной повышения влажности может быть

как применение водорода с повышенным содержанием влаги,

так и возникновение течей в газоохладителях. В первом слу-

чае уменьшить содержание влаги можно путем продувки

системы чистым сухим водородом (следует также проверить

состояние газоосушителя и при необходимости заменить в

нем увлажненный адсорбент), во втором случае - отысканием

поврежденного газоохладителя.

Длительная работа синхронного компенсатора с повре-

жденным газоохладителем не допускается.

Техника безопасности при обслуживании систем во-

дородного охлаждения. Опасность при работе с водородом

заключается в возможности образования взрывоопасных сме-

сей водорода с воздухом или кислородом.

Смесь водорода с воздухом является взрывоопасной при

содержании водорода от 4 до 75% по объему.

Взрывоопасная смесь образуется в корпусе синхронного

компенсатора при понижении в нем давления водорода и

подсосе воздуха, при неполной продувке синхронного ком-

пенсатора инертным газом во время замены охлаждающей

среды, при попадании водорода в синхронный компенсатор

через неплотно закрытые вентили, если отсутствует видимый

разрыв на пути подачи водорода к коллектору. Причинами

взрыва могут служить местный нагрев, быстрое истечение га-

за, детонация, а также открытый огонь.

Возможность образования взрывоопасных смесей долж-

на предупреждаться своевременной проверкой чистоты водо-

рода и герметичности водородных систем, вывешиванием

предупредительных плакатов вблизи синхронных компенса-

торов и ресиверов с водородом, запрещением курения, работ

с огнем и сварочных работ на расстоянии не менее 10 м от

систем водородного охлаждения.

На случай внезапного повреждения водородной системы

и загорания струи водорода около синхронного компенсатора

должен всегда находиться баллон с диоксидом углерода и

шланги, позволяющие ликвидировать загорание на любом

участке водородной системы.

2.5

Система водоснабжения

На рис. 2.10 показана схема водоснабжения двух син-

хронных компенсаторов серии КСВ. Вода, нагретая в газоох-

ладителях 1 и маслоохладителях 2, поступает по сливной ма-

гистрали в брызгальный бассейн 10, где она охлаждается, и

уже охлажденная опять возвращается в охладители. Круго-

оборот воды совершается под действием циркуляционных

насосов 7. Один из трех циркуляционных насосов находится

в резерве. Им может быть любой насос. Унос тепла в атмо-

сферу происходит в процессе разбрызгивания воды соплами

в брызгальном бассейне 10. Часть тепла передастся также не-

посредственно с поверхности воды в бассейне.

Источником технической воды обычно служат артези-

анские скважины или магистрали городского водопровода.

При карбонатной жесткости артезианской воды более 3 мг-

экв/кг в системах охлаждения компенсаторов устанавливают

электромагнитные аппараты 3 противонакипной обработки

воды. Эти аппараты безреагентной водоподготовки не уда-

ляют из воды накипеобразователи, но создают условия, при

которых ослабляется их кристаллизация на поверхности ох-

ладителей. После магнитной обработки и воде приостанавли-

вается рост крупных кристаллов карбоната кальция. Мелкие

же кристаллы в условиях движущегося потока жидкости не

оседают на поверхностях охлаждения. В схеме водоснабже-

ния предусмотрены электробойлеры дли предварительного

нагрева масла подшипников при пуске компенсатора в зим-

нее время.

Обслуживание установок водоснабжения. Для повыше-

ния надежности пуска и работы электродвигателей циркуля-

ционных насосов питание их должно осуществляться от раз-

ных секций с. н. подстанции. Схемой автоматики насосов

должно предусматриваться включение резервного насоса при

отключении любого рабочего насоса. Насос, находящийся в

схеме автоматического пуска, должен быть заполнен водой, а

его задвижки должны находиться в положении пуска. При

недостаточном уровне воды во всасывающем патрубке насо-

са пуск его не может быть успешным. В применяемых схемах

пуск циркуляционных насосов производится как при закры-

тых, так и при открытых задвижках на напорном трубопро-

воде. При пуске с закрытыми задвижками на них устанавли-

вается электропривод, открывающий их после достижения

двигателем номинальной частоты вращения. Такой непро-

должительный пусковой режим не опасен для двигателя и

насоса.

На включенном синхронном компенсаторе должна быть

введена в работу сигнализация понижения давления воды в

напорном трубопроводе. Датчиком давления служит элек-

троконтактный манометр 4 (рис. 2.10). При срабатывании

сигнализации персонал обязан осмотреть работающие насосы

и устранить причину понижения давления воды. При полном

прекращении циркуляции воды в охладителях компенсатор

работать не может, поэтому он отключается от сети автома-

тически. Газоохладители компенсатора эффективно работают

при протекании воды по всем их трубкам при полном запол-

нении трубок водой. Чтобы удовлетворить этому требова-

нию, расход воды через газоохладители регулируется не на-

порными, а сливными задвижками.

Напорные задвижки необходимо держать открытыми

полностью.

Водород (или воздух), заполняющий корпус компенса-

тора, содержит влагу в виде водяного пара. Количество водя-

ного пара, находящегося в смеси с газом, зависит от темпера-

туры смеси. При понижении температуры содержание взве-

шенной влаги уменьшается. Сильное охлаждение трубок га-

зоохладителей вызывает выпадение на поверхности трубок

избытка влаги в виде капель росы. И хотя конденсирующаяся

влага не представляет собой непосредственной опасности для

изоляции обмоток, она все же может привести к перекрытию

вводов, снижению сопротивления изоляции кабелей вторич-

ных соединений, находящихся в корпусе синхронного ком-

пенсатора. Для предотвращения конденсации влаги на труб-

ках газоохладителей температура поступающей в них воды

не должна быть ниже 5-10°С. Внешним признаком конденса-

ции влаги на трубках газоохладителей может служить ее

конденсация на трубопроводах, подающих холодную воду.

Если поверхность трубопроводов покрылась влагой, то вели-

ка вероятность конденсации влаги на трубках газоохладите-

лей.

Мерой предотвращения конденсации влаги на трубках

газоохладителей в зимнее время является снижение интен-

сивности охлаждения воды в брызгальном бассейне. Для это-

го полностью открывают задвижки зимнего сброса (на дон-

ной трубе) и прикрывают вентили разбрызгивателей. Закры-

вать вентили полностью части разбрызгивателей не следует,

так как вода может замерзнуть в трубах. Чтобы избежать за-

мораживания, вода должна непрерывно протекать через пат-

рубки всех разбрызгивателей.

Часто встречающейся в эксплуатации неисправностью

являются течи газоохладителей. Течи представляют собой

серьезную опасность для изоляции обмоток и выводов, так

как при этом в машину вносится большое количество влаги.

Вода, накапливающаяся в дренажном приямке, поступает в

указатель жидкости, который подает сигнал о повреждении.

Медлить с определением и выводом из работы поврежденно-

го газоохладителя нельзя. На работающем синхронном ком-

пенсаторе повреждение отыскивают поочередным перекры-

тием газоохладителей задвижками па входе и выходе, наблю-

дая при этом за поступлением воды в указатель жидкости.

Одновременно перекрывать оба газоохладителя, расположен-

ных с одного торца синхронного компенсатора, не следует,

так как это может вызвать повышение температуры активных

частей машины. Отыскание отдельных поврежденных трубок

в газоохладителе производится на отключенном от сети син-

хронном компенсаторе.

2.6

Система маслоснабжения

На рис. 2.11 приведена схема масло-снабжения подшип-

ников синхронного компенсатора с водородным охлаждени-

ем. Непрерывная циркуляция масла через подшипники и мас-

ляные уплотнения (у компенсаторов мощностью 100 MB·А и

выше) обеспечивается рабочим маслонасосом 21 по замкну-

тому циклу. Нагретое масло охлаждается в маслоохладителе,

встроенном в сливной бак 14.

Подача масла в подшипники контролируется двумя

струйными реле 10, которые срабатывают при обрыве струи

масла, а также при отключении рабочего маслонасоса. При

этом струйное реле подает импульс на включение резервного

маслонасоса 22, электродвигатель которого питается от шин

постоянного тока. Если циркуляция масла не восстанавлива-

ется, синхронный компенсатор отключается от сети по исте-

чении заданной выдержки времени (8-10 с). Кроме струйных

реле работа системы маслоснабжения контролируется мано-

метрами 8, подключенными к напорным маслопроводам, ин-

дукционным реле уровня масла, вмонтированным в бак мас-

лоохладителя и контролирующим уровень масла в нем. Тем-

пература масла измеряется термометром сопротивления 16 в

отсеке холодного масла маслоохладителя. Температура вкла-

дышей контролируется термометром сопротивления 3 и тер-

мометрическим сигнализатором. Для систем маслосмазки

применяется хорошо очищенное турбинное масло марки Т30

или Тп30.

Обслуживание системы маслоснабжения сводится

главным образом к контролю за нормальной циркуляцией

масла и давлением его в маслопроводах, за температурой ох-

лаждающего масла и подшипников. Заметим, что давление

масла в уплотнениях при вращающемся и неподвижном ро-

торе компенсатора должно превышать давление водорода в

корпусе машины. Нормальной температурой охлаждающего

масла считается температура 25°С. Отклонения от этого зна-

чения не должны выходить за пределы 20-40˚С.

В зимнее время перед пуском синхронного компенсато-

ра холодное масло в системе маслоснабжения подогревается

подачей в маслоохладитель вместо охлаждающей воды, на-

гретой до 60°С, с помощью электробойлерной установки.

Используется также и горячая вода из системы отопления.

Температура подшипников в нормальных условиях не

должна превышать 65°С. Если температура повысится до

70°С, термометрический сигнализатор подаст сигнал о воз-

растании температуры. Предельной считается температура

80°С. При достижении ее, синхронный компенсатор отклю-

чается от сети.

2.7

Пуск и остановка синхронного компенсатора

Перед пуском синхронного компенсатора проверяется

работа его масляной и газовой систем, а также работа систе-

мы водоснабжения. Производится внешний осмотр синхрон-

ного компенсатора и его агрегата возбуждения. В это же вре-

мя производятся предпусковые измерения сопротивлений

изоляции обмоток и подшипников.

В холодное время года включение синхронного компен-

сатора в сеть разрешается при температуре статора не ниже

5°С. Если температура окажется ниже, компенсатор прогре-

вается подачей в обмотку ротора тока от возбудителя.

Температура холодного масла для смазки подшипников

при пуске должна быть не ниже 20°С, поэтому в зимнее вре-

мя масло подогревается (водой, забираемой из системы ото-

пления). По маслоуказательному стеклу проверяется уровень

масла в баках маслоснабжения. После включения рабочего

масляного насоса проверяется циркуляция и давление масла в

подшипниках. Опробуется автоматическое включение ре-

зервного маслонасоса при обрыве струи масла. При нормаль-

ном действии автоматики в работе остается рабочий масло-

насос.

При пуске синхронного компенсатора на водородном

охлаждении положение каждого вентиля газовой системы

сверяется со схемой, соответствующей режиму пуска. Одно-

временно проверяется чистота водорода в корпусе машины и

работа автоматического газоанализатора.

Включается циркуляционный насос, и проверяется цир-

куляция воды через газоохладители, а также действие авто-

матики включения в работу резервного насоса. В работе ос-

тается любой насос.

После этого мегаомметром 500-1000 В измеряется со-

противление изоляции обмоток ротора и статора. Допустимое

сопротивление изоляции обмотки ротора, характеризующее в

основном загрязненность обмотки и изоляционных цилинд-

ров контактных колец, должно быть не менее 0,5 МОм. Со-

противление изоляции обмотки статора синхронного компен-

сатора, находящегося в эксплуатации, как правило, не нор-

мируется. Однако результаты измерений сравниваются с ре-

зультатами предыдущих измерений. Уменьшение сопротив-

ления изоляции в 3-5 раз указывает на появление в изоляции

слабых мест, которые необходимо выявить и устранить. Со-

противление изоляции подшипников синхронного компенса-

тора, измеренное мегаомметром 1000 В, должно быть не ме-

нее 1 МОм. Если подшипники скрыты в корпусе синхронного

компенсатора, то сопротивления их изоляции измеряют во

время ремонта.

Перед пуском шунтовой реостат в цепи возбуждения ус-

танавливается в положение холостого хода, а АГП должен

быть отключен. Включение синхронного компенсатора в сеть

с неисправным АГП запрещается.

Применяется реакторный пуск синхронных компенсато-

ров с водородным охлаждением, он почти полностью автома-

тизирован. Цепь управления пуском создается только при со-

ответствующем положении выключателей, аппаратов и обо-

рудования, необходимых для нормального разворота ротора

и включения компенсатора в сеть. Готовность к пуску сигна-

лизируется световым табло.